DE3807510A1 - Vorrichtung zum pumpen gegen einen wachsenden gegendruck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pumpen gegen einen wachsenden Gegendruck, bei der eine mit einem Antrieb versehene Niederdruckpumpe größerer maximaler Förderleistung und eine mit einem Antrieb versehene Hochdruckpumpe geringerer maximaler För­ derleistung nebeneinander auf eine Aufnahmeeinrichtung, in der sich der wachsende Gegendruck aufbaut, arbeiten, wobei die För­ derleistung der Niederdruckpumpe sowie der Hochdruckpumpe mit wachsendem Gegendruck zurückgehen, und bei der die Antriebe der Niederdruckpumpe sowie der Hochdruckpumpe mit An- und Abschaltern versehen sind.

Wenn man bei einer solchen Vorrichtung die Niederdruckpumpe so­ wie die Hochdruckpumpe gleichzeitig einschaltet und bei Einstel­ lung auf maximale Förderleistung gemeinsam auf die Aufnahmeein­ richtung arbeiten läßt, so wird zunächst die Niederdruck-Füllpum­ pe die Hauptmenge der Befüllung übernehmen und die Hochdruckpum­ pe zu der gesamten Fördermenge ihre maximale Leistung hinzufügen. Wenn der Gegendruck steigt, so geht die Förderleistung der Nie­ derdruckpumpe stark zurück und die Hochdruckpumpe liefert mehr und mehr die gesamte Fördermenge alleine. Wenn die Niederdruck­ pumpe bzw. deren Antrieb bei geringer Fördermenge oder ohne För­ derung weiterläuft, bis der Gegendruck den von der Hochdruckpumpe maximal aufbringbaren Druck erreicht hat bzw. bis die Aufnahmeein­ richtung gefüllt ist, so wird Antriebsenergie in einer beachtli­ chen, kostspieligen Menge umsonst verbraucht. Wird die Nieder­ druckpumpe bei geringer Fördermenge bzw. zu früh abgestellt, so treten ein Druckeinbruch und eine Verminderung der Gesamtförder­ menge auf, was bei bestimmten Aufnahmeeinrichtungen nicht er­ wünscht ist.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die bis zum Erreichen des maximalen Gegendruckes bzw. der Füllung der Aufnahmeeinrich­ tung von den Antrieben verbrauchte Energie ohne beachtliche Er­ höhung der benötigten Zeit und ohne Verminderung der Gesamtför­ dermenge beachtlich verringert ist, bzw. die in dieser Weise be­ treibbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Hoch­ druckpumpe mittels eines auf deren Antrieb arbeitenden Stellglie­ des änderbar ist, daß in einer Förderleitung zwischen Niederdruck­ pumpe bzw. Hochdruckpumpe und Aufnahmeeinrichtung ein Fördermen­ genmeßgerät angeschlossen ist, daß bei geringerem Gegendruck die Förderleistung der Hochdruckpumpe mittels des Stellgliedes zu­ rückgestellt ist, daß bei höherem Gegendruck dann, wenn die Zu­ rückstelleistung der Hochdruckpumpe gleich der oder kleiner als die verbliebene Leistung der Niederdruckpumpe ist, die Hochdruck­ pumpe mittels des Stellgliedes auf maximale Förderleistung einge­ stellt und der Antrieb der Niederdruckpumpe mittels des An- und Abschalters abgeschaltet ist.

Es wird also bei ansteigendem Gegendruck die Fördermenge der Hoch­ druckpumpe zurückgefahren, solange die Fördermenge der Nieder­ druckpumpe noch weit größer ist, so daß das Zurückfahren keinen Druckabfall erzeugt. Wenn aufgrund des wachsenden Gegendruckes die Fördermenge der Niederdruckpumpe kleiner wird und nach Null geht, dann wird die Niederdruckpumpe abgestellt und die Hochdruck­ pumpe hochgefahren. Es tritt hierbei keine Abnahme der Gesamtför­ dermenge, insbesondere keine starke bzw. sprunghafte Abnahme der Gesamtfördermenge und des Gegendruckes ein. Die insgesamt aufge­ nommene Energie sinkt im Vergleich zu dem Fall ständig gemeinsam laufender Pumpen ganz erheblich und zwar um 50% und mehr. Die Zeitspanne, innerhalb derer die Aufnahmeeinrichtung maximal ge­ füllt ist, bzw. bis der Gegendruck den maximal möglichen Wert erreicht, ist verkürzt. Es liegt hier ein Verfahren zur Herstel­ lung des Gegendruckes in der Aufnahmeeinrichtung mittels Änderung der Fördermengen zweier Druckflüssigkeitsmengen vor.

Die Antriebe der Niederdruckpumpe und der Hochdruckpumpe können an sich beliebig gestaltet sein. In der Regel nehmen die beiden Antriebe elektrische Energie auf, d.h. die beiden Antriebe sind an ein elektrisches Netz angeschlossen. Der Wirkungsgrad von Pum­ pen fällt ab, wenn diese älter werden, und das ist bei der Erfin­ dung berücksichtigt. Bei der Erfindung kommt es nämlich auf die Differenz der Förderleistungen der beiden Pumpen an. Nach einer bestimmten Zeit des Füllens der Aufnahmeeinrichtung wird dazu übergegangen, die Fördermenge der Hochdruckpumpe zu reduzieren, indem z.B. deren Drehzahl heruntergesetzt bzw. heruntergeregelt wird.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn die Einstellung der Hochdruckpumpe auf maximale Förderleistung und die Abschal­ tung der Niederdruckpumpe während einer bestimmten Zeitspanne all­ mählich verlaufend vorgesehen ist. Das Förderleistung-Hochstellen der Hochdruckpumpe und das Abschalten der Niederdruckpumpe wirken so zusammen, daß kein Sprung in der Gesamtfördermenge und im Ge­ gendruck auftritt, was in manchen Anwendungsfällen wichtig ist.

Es ist möglich, sowohl für die Niederdruckpumpe als auch für die Hochdruckpumpe je ein Fördermengenmeßgerät vorzusehen. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es jedoch, wenn ein Rechner vorge­ sehen ist, in welchem der Zusammenhang der Förderleistung mit der Pumpendrehzahl und mit dem Gegendruck für die Hochdruckpumpe ge­ speichert ist, wenn das Fördermengenmeßgerät zur Messung der ge­ samten Fördermenge von Hochdruckpumpe und Niederdruckpumpe ange­ ordnet ist und wenn eine Berechnung der jeweiligen Förderleistung der Niederdruckpumpe vorgesehen ist. Mittels geeigneter Auslegung des Rechners läßt sich also ein Fördermengenmeßgerät sparen.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es sodann, wenn die För­ derleistung der Niederdruckpumpe in zwei Stufen veränderbar ist und nur die Hochdruckpumpe mit einem Frequenzumrichter zur stufen­ losen Verstellung der Förderleistung versehen ist. Bei der Nie­ derdruckpumpe ist also ein recht aufwendiges Regelgetriebe einge­ spart. Es genügt, wenn das Abschalten der Niederdruckpumpe entwe­ der direkt oder in zwei Stufen erfolgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vornehmlich im Zusammenhang mit einer Filterpresse als Aufnahmeeinrichtung verwendet. Beim Filtern einer mit Filtergut beladenen Flüssigkeit ist die Filter­ wirkung nämlich (DE-PS 22 44 917) vom jeweiligen Füllungszustand der Filterpresse abhängig. Bei dieser Anwendung liegt ein Verfah­ ren zur Herstellung eines Filterkuchens in einer Filterpresse vor.

Nachfolgend wird die Erfindung am Beispiel der Filterbeschickung unter Ausnutzung einer Förderpumpen-Kennlinie beschrieben. Jede Förderpumpe besitzt eine Kennlinie, bei der unter steigendem Gegendruck ihre Förderleistung bis nahezu gegen den Wert Null abnimmt. Die Leistungsabnahme wird im vorliegenden Fall ausge­ nutzt, um bei parallel arbeitenden Pumpen einen oder mehrere Pum­ penantriebe zeitweise einzusparen. Voraussetzung hierzu ist aller­ dings, daß die Kennlinien der eingesetzten Pumpen in einem be­ stimmten Verhältnis zueinander stehen. Es muß erstens eine Hoch­ druckpumpe vorhanden sein, die problemlos den maximalen Filtra­ tionsdruck erbringen kann, und weiterhin muß eine oder mehrere Füllpumpen bzw. Niederdruckpumpen vorhanden sein, die in kurzer Zeit die Niederbefüllphase bearbeiten können. Diese Niederdruck­ pumpen fallen bei stetig steigendem Gegendruck nach ihrer typischen Kennlinie in der Leistung ab und verhalten sich somit genauso wie eine bisher eingesetzte Regler-Stellgetriebe-Funktion. Zugleich wird bei verminderter Filterleistung auch die Hochdruckpumpe ab­ geregelt, um einen vorgegebenen Filter-Solldruck aufrechtzuer­ halten.

Über eingebaute Durchflußmengenmeßgeräte in den Pumpenleitungen werden von einem Rechner die aktuellen Fördermengen der Pumpen ermittelt, und wird eine quantitative Bewertung vorgenommen. So­ bald die bis zum Filterprozeßende laufende Hochdruckpumpe ausrei­ chende Überschußpumpleistung bereitstellt - damit die nur noch stark abgefallene Füllpumpenleistung sicher abgedeckt werden kann - erfolgt die Abschaltung dieser nun nicht mehr benötigten Pumpenleistung. Zugleich wird aber die Hochdruckpumpenleistung entsprechend um den Fehlbetrag der stillgesetzten Niederdruckpum­ pe angehoben, so daß hierbei eine nahtlose Druckübergangsfunktion ablaufen kann. Ein Hinzuschalten der Niederdruckpumpe wird erst dann wieder freigegeben, wenn sich die Hochdruckpumpe an ihrer oberen Leistungsgrenze bewegt und somit wieder zusätzliche Förder­ leistung benötigt wird. Diese Umverlagerung von Förderleistungen erfolgt somit zum frühesten Zeitpunkt, bei dem sowohl Pumpenver­ schleiß als auch Antriebsenergie gespart werden können. Weiterhin entfällt ein sehr aufwendiges und verschleißbehaftetes Verstell­ getriebe einschließlich aller steuerungstechnischen Baugruppen.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und zeigt

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Pumpen gegen einen wach­ senden Gegendruck und

Fig. 2 Kurvenverläufe von Fördermengen Q in Abhängigkeit von der Zeit t.

Gemäß Fig. 1 sind eine Hochdruckpumpe 1 und eine Niederdruckpumpe 2 vorgesehen, die jeweils mittels eines elektromotorischen An­ triebes 3, 4 antreibbar sind. Die Pumpen sind z.B. Exzenter- Schneckenpumpen oder Kreiselpumpen. Jede Pumpe 1, 2 arbeitet in eine Förderleitung 5, 6 und die beiden Förderleitungen sind zu einer gemeinsamen Förderleitung 7 vereint, die zu einer Aufnahme­ einrichtung 8 führt, die eine Filterpresse ist. Die beiden Pumpen entnehmen das Fördergut aus einem Behälter 9. Jeder Antrieb 3, 4 ist mit einem An- und Abschalter 22 versehen.

In der gemeinsamen Förderleitung 7 sind ein Fördermengenmeßgerät 10 und ein Druckmeßgerät 11 vorgesehen, die beide an einen Rech­ ner 12 angeschlossen sind. Der Rechner 12 arbeitet über eine Steuerleitung 13 auf den Antrieb 4 der Niederdruckpumpe 2, der in zwei verschiedene Antriebsleistungsstufen einstellbar ist. Der Rechner 12 arbeitet über eine Steuerleitung 14 auf ein Stellglied 15, das den Antrieb 3 der Hochdruckpumpe 1 stufenlos verstellen kann. Die Hochdruckpumpe 1 kann einen Gegendruck bis zu 20 bar aufbauen und die Niederdruckpumpe 2 kann einen Gegendruck bis zu 10 bar aufbauen.

In Fig. 2 sind die Fördermenge Q 1 der Hochdruckpumpe 1 in einer Kurve 23 und die Fördermenge Q 2 der Niederdruckpumpe 2 in einer Kurve 24 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Die Nieder­ druckpumpe liefert zunächst etwas mehr als die doppelte Menge der Hochdruckpumpe. Nach einiger Zeit, wenn die Fördermenge der Nie­ derdruck-Füllpumpe schon etwa um die Hälfte abgefallen ist, wird die Hochdruckpumpe im Bereich 25 auf einen Fördermengenwert herabgeregelt, der kleiner als ein Drittel des Anfangswertes ist. Wenn deren Fördermengenwert gleich oder kleiner als der doppelte Fördermengenwert der Niederdruckpumpe ist, so wird im Bereich 26 die Niederdruckpumpe abgeschaltet und die Hochdruckpumpe hochge­ fahren. Die Hochdruckpumpe arbeitet dann bei stillstehender Nie­ derdruckpumpe noch, bis sie im Bereich 27 abgeschaltet wird. Die Gesamtfördermenge Q ergibt sich durch Addition der Fördermengen Q 1 und Q 2 und ist in Fig. 2 durch die Kurve 28 bei halbiertem Maß­ stab der Durchflußachse dargestellt.

Bei den Pumpen sind Stellmotor-Regelgetriebe, die bei Niedrigdreh­ zahlen einen sehr schlechten Wirkungsgrad haben, entfallen. Die Niederdruckpumpe wird nur bei 30-60% der gesamten Betriebszeit betrieben. Die Hochdruckpumpe ist mittels des Frequenzumrichters geregelt, wobei nur der momentane Energiebedarf aus dem Stromnetz entnommen wird. Die Niederdruckpumpe ist mit einem Stirnrad-Fest­ getriebe versehen, dessen Übertragungswirkungsgrad bei 95% liegt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Pumpen gegen einen wachsenden Gegendruck, bei der eine mit einem Antrieb versehene Niederdruckpumpe größerer maximaler Förderleistung und eine mit einem Antrieb versehene Hochdruckpumpe geringerer maximaler Förderleistung nebeneinan­ der auf eine Aufnahmeeinrichtung, in der sich der wachsende Gegendruck aufbaut, arbeitet, wobei die Förderleistungen der Niederdruckpumpe sowie der Hochdruckpumpe mit wachsendem Ge­ gendruck zurückgehen, und bei der die Antriebe der Niederdruck­ pumpe sowie der Hochdruckpumpe mit An- und Abschaltern verse­ hen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Hochdruckpumpe (1) mittels eines auf deren Antrieb (3) arbei­ tenden Stellgliedes (15) änderbar ist, daß in einer Förderlei­ tung (7) zwischen Niederdruckpumpe (2) bzw. Hochdruckpumpe (1) und Aufnahmeeinrichtung (8) ein Fördermengenmeßgerät (10) an­ geschlossen ist, daß bei geringerem Gegendruck die Förderlei­ stung der Hochdruckpumpe (1) mittels des Stellgliedes (15) zu­ rückgestellt ist, daß bei höherem Gegendruck dann, wenn die Zurückstelleistung der Hochdruckpumpe (1) gleich der oder klei­ ner als die verbliebene Leistung der Niederdruckpumpe (2) ist, die Hochdruckpumpe (1) mittels des Stellgliedes (15) auf maxi­ male Förderleistung eingestellt und der Antrieb (4) der Nieder­ druckpumpe (2) mittels des An- und Abschalters (22) abgeschal­ tet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Hochdruckpumpe (1) auf maximale Förderleistung und die Abschaltung der Niederdruckpumpe (2) während einer be­ stimmten Zeitspanne allmählich verlaufend vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechner (12) vorgesehen ist, in welchem der Zusammenhang der Förderleistung mit der Pumpendrehzahl und mit dem Gegen­ druck für die Hochdruckpumpe (9) gespeichert ist, daß das För­ dermengenmeßgerät (10) zur Messung der genannten Fördermenge von Hochdruckpumpe (1) und Niederdruckpumpe (2) angeordnet ist, und daß eine Berechnung der jeweiligen Förderleistung der Nie­ derdruckpumpe (2) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Niederdruckpumpe (2) in zwei Stufen veränderbar ist und nur die Hochdruckpumpe (1) mit einem Fre­ quenzumrichter zur stufenlosen Verstellung (15) der Förderlei­ stung versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (8) eine Filter­ presse ist.